KR101931008B1 - Improved stereolithography machine - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기재(3)의 한계를 정하는 외부 표면(4)을 정의하는 액체 또는 페이스트 상태의 기재(3)를 수용하는 용기(2); 광 빔(6)을 발하도록 구성된 발광 유닛(5); 외부 표면(4)에 속하는 입사 영역(8)을 향해 광 빔(6)을 일탈시키기에 적합한 광 반사 장치(7); 광 빔(6)이 입사 영역(8)에 속하는 조작 영역(10)에 선택적으로 입사되도록 광 반사 장치(7)를 제어하기에 적합한 논리 제어 유닛(19); 광 빔(6)이 최소 단면(15)을 가지는 초점 표면(12)에 광 빔(6)의 초점을 맞추기에 적합한 광학 유닛(11)을 구비한다. 광학 유닛(11)은, 발광 유닛(5)과 광 반사 장치(7) 사이에 배치되고, 발광 유닛(5)과 광학 유닛(11)은 광 빔(6)의 조작 영역(10)과의 교차 영역의 최대 직경과, 최소 단면(15)의 직경(wF) 사이의 비율이 1.15를 넘지 않도록 구성된다.The present invention relates to a container (2) for receiving a substrate (3) in the form of a liquid or paste which defines an outer surface (4) defining the limits of the substrate (3); A light emitting unit (5) configured to emit a light beam (6); A light reflecting device (7) adapted to deviate the light beam (6) towards the incident area (8) belonging to the outer surface (4); A logic control unit (19) suitable for controlling the light reflecting device (7) so that the light beam (6) is selectively incident on the operating area (10) belonging to the incident area (8); A light beam 6 has an optical unit 11 suitable for focusing a light beam 6 on a focal surface 12 having a minimum cross section 15. The optical unit 11 is disposed between the light emitting unit 5 and the light reflecting device 7 and the light emitting unit 5 and the optical unit 11 are arranged so as to intersect with the operating area 10 of the light beam 6 The ratio between the maximum diameter of the area and the diameter (w F ) of the minimum cross section 15 does not exceed 1.15.

Description

개선된 스테레오리소그래피 머신 {IMPROVED STEREOLITHOGRAPHY MACHINE}[0001] IMPROVED STEREOLITHOGRAPHY MACHINE [0002]

본 발명은, 광 빔으로의 선택 노광을 통해 고화되는 액체 또는 페이스트 상태로 기재(base material)의 복수의 층의 겹쳐 놓음(superimposition)을 통해 3차원 물체를 생산하기에 적합한 스테레오리소그래피 머신(stereolithography machine)에 관한 것이다.
The present invention relates to a stereolithography machine suitable for producing a three-dimensional object through superimposition of a plurality of layers of base material in a liquid or paste state that solidifies through selective exposure to a light beam. ).

주지의 타입의 스테레오리소그래피 머신은, 기재를 수용하기에 적합한 용기(container)를 구비하고 있다.A well-known type of stereolithography machine has a container suitable for receiving a substrate.

상기 머신은, 형상이 실질적으로 원형이고 실질적으로 평행한 광선(ray)으로 되도록 콜리메이트(collimate)된 광 빔을 발하도록 구성된 발광 유닛(light emitting unit)을 더 구비하고 있다.The machine further comprises a light emitting unit configured to emit a collimated light beam such that the shape is a substantially circular and substantially parallel ray.

3차원 물체의 각 층은, 광 빔이 입사하는 기재의 외부 표면에 속하는 미리 정의된 평면 입사 영역(plane incidence area)의 레벨(level, 높이)로 고화된다.Each layer of the three-dimensional object is solidified to a level of a predefined plane incidence area that belongs to the outer surface of the substrate upon which the light beam is incident.

입사 영역은, 광 빔이 용기에 대하여 아래로부터 도달하는지 또는 위로부터 도달하는지 여부에 따라, 기재를 수용하는 용기의 바닥, 또는 기재 자체의 자유 표면(free surface)에 속할 수 있다.The incident area may belong to the bottom of the vessel housing the substrate, or the free surface of the substrate itself, depending on whether the light beam reaches from below or above the vessel.

상기 머신은 또한, 입사 영역의 임의의 점을 향해 선택적으로 광 빔을 일탈(deviate)시키는 광 반사 수단을 구비하고 있다.The machine is also provided with light reflecting means for selectively deviating the light beam towards an arbitrary point in the incident area.

일반적으로, 광 반사 수단은, 각각의 서로 직교하는 평면을 따라 광 빔을 일탈시키는 것이 가능하도록, 각각의 서로 수직한 축을 따라 회전 이동가능한 2개의 갈바노메트릭 미러(galvanometric mirror)이다.In general, the light reflecting means are two galvanometric mirrors rotatable along respective mutually perpendicular axes so as to be able to deviate the light beam along respective mutually orthogonal planes.

상기 머신은 또한, 광 반사 수단과 입사 영역의 사이에 삽입된 이른바 "F-세타(F-theta)" 렌즈를 구비하고 있다.The machine also has a so-called "F-theta" lens interposed between the light reflection means and the incident area.

상기 F-세타 렌즈는, 콜리메이트된 광 빔을, 입사 광 빔의 방향과 관계없이 평면 입사 영역에 초점을 맞추도록 집중되게 한다.The F-theta lens allows the collimated light beam to be focused to focus on the plane incidence region, regardless of the direction of the incident light beam.

상술한 머신은, 그것이 특히 고가이고, 따라서 그 사용이 주로 더 넓은 범위의 응용을 부적절하게 하는 전문적인 분야 및 산업 분야로 한정되는 문제점을 일으킨다.The above-mentioned machines cause problems, which are particularly expensive and therefore their use is limited mainly to professional and industrial fields which make applications of a wider range of applications inadequate.

상기 문제점의 주요한 원인은, 실질적으로 머신의 전체적인 비용에 영향을 미치는 F-세타 렌즈의 존재이다.The main cause of the problem is the presence of F-theta lenses that substantially affect the overall cost of the machine.

F-세타 렌즈의 또 다른 문제점은, 그 사이즈가 입사 영역의 사이즈, 따라서 얻어질 수 있는 3차원 물체의 최대 사이즈에 관련이 있다고 하는 사실로부터 유래한다.Another problem with F-theta lenses comes from the fact that its size is related to the size of the incident area, and thus the maximum size of the three-dimensional object that can be obtained.

그들이 얻는 것을 가능하게 하는 입사 영역의 사이즈에 비례해서 상기 렌즈의 비용이 더 증가함에 따라, 입사 영역의 사이즈의 증가는 F-세타 렌즈의 비용, 따라서 머신의 비용을 상당히 증가시키는 문제점을 내포한다.As the cost of the lens increases proportionally to the size of the incident area which enables them to get, the increase in the size of the incident area has the problem of significantly increasing the cost of the F-theta lens, and thus of the machine.

더욱이, F-세타 렌즈의 높은 비용으로 인해, 그것들은 한정된 수의 표준 버전만으로 시장에서 활용 가능하고, 그 각각은 특정의 사이즈를 갖는 정사각형 입사 영역을 얻도록 설계되고 있다.Moreover, due to the high cost of F-theta lenses, they are available on the market with only a limited number of standard versions, each of which is designed to obtain a square incidence area with a certain size.

따라서, 스테레오리소그래피 머신의 제조업자(manufacturer)는, 모든 가능한 응용을 위해 최적화된 스테레오리소그래피 머신을 생산하는 것이 가능하지 않다고 하는 문제점에 따라, 한정된 수의 미리 정의된 사이즈의 것 중에서 입사 영역의 사이즈를 선택하지 않으면 안된다.Thus, manufacturers of stereolithography machines are faced with the problem that it is not possible to produce a stereolithography machine optimized for all possible applications, so that the size of the incident area of a limited number of predefined sizes You have to choose.

더욱이, 광학적인 이유로, 상기 F-세타 렌즈에 의해 초점이 맞추어진 광 빔의 최소 단면(minimum cross section)은 실질적으로 같은 초점 길이(focal length), 그러므로 입사 영역의 사이즈에 비례하고 있는 정도까지 증가하고, 따라서 입사 영역에서 추적될 수 있는 이미지의 정의를 악화시키고, 이로써 물체의 정의를 악화시킨다.Moreover, for optical reasons, the minimum cross section of the light beam focused by the F-theta lens is increased to an extent that is substantially proportional to the same focal length, and hence the size of the incident area Thus deteriorating the definition of the image that can be tracked in the incident area, thereby deteriorating the definition of the object.

따라서, 입사 영역의 사이즈의 증가가 머신의 비용의 상당한 증가 및 물체의 감소한 정의에 대해서만 얻어질 수 있다는 문제점이 있다.Thus, there is a problem that increasing the size of the incident area can only be obtained for a significant increase in the cost of the machine and for a reduced definition of the object.

상기 문제점으로 인해, 스테레오리소그래피 머신의 제조업자는, 얻어질 수 있는 정의의 레벨에 관해서 머신의 비용을 제한하는 것을 가능하게 하는 것과 같이, 대응해서 감소된 사이즈로 입사 영역을 받아들이는 짧은 초점 길이를 갖는 F-세타 렌즈를 사용하는 것을 좋아한다.Because of this problem, the manufacturer of the stereolithography machine has to have a short focal length that accepts the incident area at a correspondingly reduced size, such as to allow the cost of the machine to be limited with respect to the level of definition that can be achieved. I like to use an F-theta lens.

따라서, 이들 머신은 얻어질 수 있는 물체의 사이즈에 대해 제한을 일으킨다는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that these machines cause a limitation on the size of an object that can be obtained.

미국 특허 US 5,151,813 (1992.09.29)U.S. Pat. No. 5,151,813 (Sep. 29, 1992)

본 발명의 목적은, 주지의 타입의 스테레오리소그래피 머신의 전형적인 상술한 모든 문제점을 해결하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to address all of the above-mentioned typical problems of a conventional type of stereolithography machine.

특히, 본 발명의 제1 목적은, 엄격하게 전문적인 섹터 및 산업적인 섹터에서 뿐만 아니고 섹터의 보다 넓은 범위에서 사용하기에 적합한 스테레오리소그래피 머신을 제공하는 것이다.In particular, it is a first object of the present invention to provide a stereolithography machine suitable for use in a wider range of sectors, not only in strictly professional and industrial sectors.

특히, 본 발명의 목적은, 입사 영역의 같은 사이즈와 광 빔의 같은 정의로, 비용이 주지의 타입의 머신보다 상당히 적은 스테레오리소그래피 머신을 제공하는 것이다.In particular, it is an object of the present invention to provide a stereolithography machine with considerably less cost than a known type of machine, with the same definition of the incident area and the same definition of the light beam.

또한, 본 발명의 목적은, 주지의 타입의 머신에 일어나는 것과 비교해서 입사 영역의 사이즈의 선택에 있어서 더 많은 유연성을 제조업자에게 제공하는 것이다.
It is also an object of the present invention to provide manufacturers with greater flexibility in the selection of the size of the incident area as compared to what happens to well-known types of machines.

상술한 목적들은, 주요 청구항에 따라 구축된 스테레오리소그래피 머신에 의해 달성된다.The above objects are achieved by a stereolithography machine constructed according to the main claim.

본 발명의 더 한층의 특성 및 상세한 설명은, 대응하는 종속 청구항에 기술되어 있다.Further features and details of the invention are set forth in the corresponding dependent claims.

유리하게는, 본 발명의 머신의 증가된 개척 가능성은, 주지의 타입의 머신과 비교해서 스테레오리소그래피 모델링(stereolithography modelling)의 유연성과 확산을 증가시키는 것을 가능하게 한다.Advantageously, the increased pervasiveness of the machine of the present invention makes it possible to increase the flexibility and diffusion of stereolithography modeling compared to known types of machines.

더 유리하게는, 본 발명의 머신의 절감된 비용은, 주지의 타입의 스테레오리소그래피 머신으로 얻을 수 있는 것들보다 큰 3차원 물체를 얻을 수 있도록, 입사 영역의 사이즈를 증가시키는 것을 특히 유리하게 만든다.More advantageously, the reduced cost of the machine of the present invention makes it particularly advantageous to increase the size of the incident area, so as to obtain a three-dimensional object larger than that obtainable with known types of stereo lithography machines.

더욱이, 유리하게는, 입사 영역의 사이즈의 선택에서의 보다 높은 유연성은, 그 의도된 사용에 기초해서 머신을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
Moreover, advantageously, greater flexibility in the choice of the size of the incident area makes it possible to optimize the machine on the basis of its intended use.

상기 목적과 이점은, 아래에서 강조(highlight)되는 다른 것들과 함께, 첨부된 도면을 참조하여 비한정적인 예로서 제공되는 발명의 바람직한 실시예의 설명에 예시되어 있다:
도 1은, 본 발명의 주제(subject)인 스테레오리소그래피 머신의 축측 추상도(axonometric view)를 도식적으로 나타낸다;
도 2는, 조작 구성에서 도 1에 나타낸 스테레오리소그래피 머신의 측면 단면도를 나타낸다;
도 3 및 도 4는, 2개의 각각의 조작 구성에서 도 1에 나타낸 머신의 확대 상세의 측면 단면도를 나타낸다;
도 5는, 도 1에 나타낸 머신의 조작 영역을 도식적으로 나타낸다.These objects and advantages, together with others, which are highlighted below, are illustrated in the description of a preferred embodiment of the invention provided as a non-limiting example with reference to the accompanying drawings:
Figure 1 schematically depicts an axonometric view of a stereo lithography machine being the subject of the present invention;
Figure 2 shows a side cross-sectional view of the stereolithography machine shown in Figure 1 in an operational configuration;
Figures 3 and 4 show side cross-sectional views of the enlarged detail of the machine shown in Figure 1 in two respective operating configurations;
Fig. 5 schematically shows the operation area of the machine shown in Fig.

도 1에서 참조 번호 1에 의해 전체적으로 나타낸 본 발명의 스테레오리소그래피 머신은, 용기(2) 내에 배치된 액체 또는 페이스트 상태의 기재(3)의 고화(solidification)로부터 얻어지는 복수의 층(layer)의 겹쳐 놓음(superimposition)을 통해 3차원 물체를 생산하기에 적합하다.A stereolithography machine of the present invention, represented generally by reference numeral 1 in Figure 1, comprises a plurality of layers stacked from a solidification of a liquid or paste substrate 3 disposed in a vessel 2, it is suitable to produce a three-dimensional object through superimposition.

상기 층들은, 수직 축 Z를 따라 구동되는 모델링 플레이트(modelling plate; 18)에 의해 지지되고, 연속한 층에 대한 지지체(support)로서 기능하는 그러한 위치에 3차원 물체의 임의의 고화된 층을 배치하기에 적합하다.The layers are supported by a modeling plate 18 driven along a vertical axis Z and are arranged such that any solidified layer of a three-dimensional object is placed in such a position that serves as a support for a continuous layer .

또한, 광 빔(6)을 발하도록 구성된 발광 유닛(light emitting unit; 5)도 제공된다. 바람직하게는, 상기 발광 유닛(5)은 또한 광 빔(6)의 레이저 소스(laser source)와 콜리메이터(collimator)를 구비한다.A light emitting unit 5 configured to emit a light beam 6 is also provided. Preferably, the light-emitting unit 5 also comprises a laser source and a collimator of the light beam 6.

바람직하게는, 상기 발광 유닛(5)은 또한, 콜리메이트된 빔을 위해 대칭 및 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형의 2개의 서로 직교하는 축에 따라 대칭 형상을 갖는 단면을 얻기에 적합한 장치를 구비한다.Preferably, the light-emitting unit 5 also comprises a device suitable for obtaining a cross-section having a symmetrical shape along two mutually orthogonal axes symmetrical and preferably circular or substantially circular for the collimated beam do.

이제, 이하에서는, 광 빔의 포괄적인 단면(generic cross section)의 직경에 대해 참조될 때, 이것은 표면적이 상기 포괄적인 단면의 표면적과 동일한 원주(circumference)의 직경을 의미한다는 것을 유념해야 한다.Now, in the following, when referring to the diameter of a generic cross section of a light beam, it should be noted that the surface area refers to the diameter of the circumference equal to the surface area of said generic section.

스테레오리소그래피 머신(1)은, 광 빔(6)을 일탈시키고, 광 빔(6)을 기재(3)의 외부 표면(4)에 속하는 입사 영역(8)의 임의의 점에 입사하도록 제어되기에 적합한 광 반사 장치(light reflecting device; 7)를 더 구비한다.The stereolithography machine 1 is controlled to deviate the light beam 6 and make the light beam 6 incident on an arbitrary point of the incident area 8 belonging to the outer surface 4 of the substrate 3 And further comprises a suitable light reflecting device (7).

바람직하게는, 직전에 상술한 필요 조건은, 각각의 서로 수직한 회전 축(X1, X2) 주위를 미리 정의된 각도 진폭(angular amplitude)으로 서로 독립해서 회전하는 2개의 미러(7a, 7b)를 갖춘 광 반사 장치(7)를 이용하여 충족된다.Preferably, the immediately preceding requirement is that two mirrors 7a and 7b rotate independently of each other at predefined angular amplitudes about respective mutually perpendicular rotation axes X1 and X2 (7).

바람직하게는, 각 미러(7a, 7b)는 대응하는 갈바노메트릭 모터(galvanometric motor)를 통해 각각의 회전 축 주위를 회전하게 만들어진다.Preferably, each mirror 7a, 7b is made to rotate about a respective axis of rotation through a corresponding galvanometric motor.

여기에 예시되지 않는 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 광 반사 장치(7)는 2개의 서로 독립한 직각 축 주위을 회전하는 1개의 미러만을 구비한다.According to a variant embodiment of the invention not illustrated here, the light reflection device 7 comprises only one mirror that rotates about two independent, right-angled axes.

이 경우에, 상기 미러는, 바람직하게는 소위 MOEMS 타입("마이크로 광학-전자-기계 시스템(Micro-opto-electro-mechanical system)"의 두문자어(acronym))의 것이다.In this case, the mirror is preferably of the so-called MOEMS type (acronym of "Micro-opto-electro-mechanical system").

도면에 도시된 실시예에서는, 상기 입사 영역(8)은 용기(2)의 바닥에 인접해 있다.In the embodiment shown in the drawing, the incidence region 8 is adjacent to the bottom of the container 2.

이 구성은 바닥으로부터 상기 용기(2)에 입사되는 광 빔에 의해 얻어지고, 상기 용기는 광 빔(6)이 기재(3)에 도달하도록 하기 위해 투명한 바닥을 가진다.This configuration is obtained by a light beam incident on the container 2 from the bottom, and the container has a transparent bottom to allow the light beam 6 to reach the substrate 3.

도면에 도시되지 않은 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 광 빔(6)은 용기(2) 자체의 상부로 입사되고, 따라서 입사 영역(8)은 기재(3)의 자유 표면에 속한다. 이 경우에, 머신은 바람직하게는 상기 자유 표면에 평면 형상을 주기에 적합한 레벨링 장치(levelling device, 조절 장치)를 구비한다.According to a variant embodiment of the invention not shown in the drawing, the light beam 6 is incident on the top of the container 2 itself, so that the incident area 8 belongs to the free surface of the substrate 3. In this case, the machine preferably has a leveling device adapted to give a planar shape to the free surface.

어떤 경우에, 기술적인 용어로 "스폿(spot)"이라고 정의된 광 빔(6)의 입사 영역(8)과의 교차점(intersection)의 영역은, 고화되어 있는 기재(3)의 영역의 사이즈를 결정하고, 따라서 3차원 물체의 정의를 결정한다.In some cases, the area of the intersection of the light beam 6 with the incidence region 8, which is defined in technical terms as "spot ", is the size of the region of the substrate 3 which is solidified And thus determines the definition of a three-dimensional object.

머신(1)은 또한, 광 빔(6)이 입사 영역(8)에 속하는 조작 영역(10)의 임의의 점에 선택적으로 입사되는 식으로 광 반사 장치(7)를 제어하도록 구성된, 도 2에 도식적으로 나타낸 논리 제어 유닛(logic control unit; 19)을 구비한다.The machine 1 is also configured to control the light reflecting device 7 in such a way that the light beam 6 is selectively incident on any point of the operating area 10 belonging to the incident area 8, And a logic control unit 19 shown schematically.

입사 영역(8)은 광 반사 장치(7)의 동작 한계(operating limits)에 의해 결정되는 반면에, 조작 영역(10)은 논리 제어 유닛(19)에 의해 결정되고, 따라서 입사 영역(8)의 일부분으로 한정될 수 있다는 점이 강조되지 않으면 안된다.The incident area 8 is determined by the operating limits of the light reflecting device 7 while the operating area 10 is determined by the logic control unit 19 and therefore the incident area 8 It should be emphasized that it can be limited to a part.

스테레오리소그래피 머신(1)은 또한, 광 빔(6)이 광 반사 장치(7)에 의해 정의되는 다른 방향을 따라 최소 단면을 가지는 점들에 의해 정의된 초점 표면(12)에 광 빔(6)의 초점을 맞추도록 구성된 광학 유닛(optical unit; 11)도 갖추고 있다.The stereo lithography machine 1 is also characterized in that the light beam 6 is incident on the focus surface 12 defined by points having a minimal cross-section along the other direction defined by the light reflector 7, And an optical unit 11 configured to focus.

상기 초점 표면(12)은, 광 반사 장치(7)로부터 광 빔(6)의 포커싱 거리를 정의하는 광학 유닛(11)과 포커싱 방향을 정의하는 광 반사 장치(7) 자체의 결합된 동작에 의해 정의되는 것이 명백하다.The focus surface 12 is formed by the combined action of the optical unit 11 defining the focusing distance of the light beam 6 from the light reflector 7 and the light reflector 7 itself defining the focusing direction It is clear that it is defined.

분명하게는, 광 빔(6)의 전파의 방향을 따라 상기 초점 표면(12)의 하류에서, 광 빔(6)의 단면의 표면적은 최소 단면의 표면적에 대하여 증가한다.Obviously, downstream of the focus surface 12 along the direction of the propagation of the light beam 6, the surface area of the cross section of the light beam 6 increases with respect to the surface area of the minimum cross-section.

레이저 광 빔에 대해서는, 상기 빔의 각 단면에서의 에너지의 분포가 가우시안 타입(Gaussian type)의 것이 알려져 있다.As for the laser beam, it is known that the distribution of energy in each cross section of the beam is of the Gaussian type.

이하에서는, "가우시안 광 빔(Gaussian light beam)"은 직전에 상술한 특성을 가지고 있는 광 빔을 의미한다.Hereinafter, a "Gaussian light beam" means a light beam having the above-mentioned characteristics immediately before.

주지하고 있는 바와 같이, 가우시안 광 빔의 포괄적인 단면은, 통상적으로 에너지의 강도(intensity)가 빔 자체의 중심에 존재하는 최대 강도의 1/e2보다 높거나 같은 파면 영역(wavefront area)으로서 정의되고, 여기서 e는 네페로(Nepero)의 수이다.As is known, a comprehensive cross-section of a Gaussian light beam is typically defined as a wavefront area where the intensity of energy is equal to or greater than 1 / e 2 of the maximum intensity present at the center of the beam itself , Where e is the number of Nepero.

대체의 정의에 따르면, 가우시안 빔의 단면은, 에너지의 강도가 최대 강도의 절반(1/2)보다 높거나 같은 파면의 영역이다.According to the alternative definition, the cross section of the Gaussian beam is the area of the wavefront where the intensity of energy is greater than or equal to half (1/2) of the maximum intensity.

이제부터는, 현재의 설명이 빔의 단면에 대해 제공되는 정의와 독립하고 있고, 특히 상술한 2가지의 정의 중 특정의 하나에 한정되지 않는다는 것이 지정되지 않으면 안된다.From now on it must be specified that the current description is independent of the definition provided for the section of the beam, and is not particularly limited to any one of the two definitions mentioned above.

또한 주지하고 있는 바와 같이, 기술적인 용어로 "웨이스트(waist)"라고 정의된 수렴하는 가우시안 빔(convergent Gaussian beam)의 최소 단면은 제로보다 큰 표면적을 가진다.As also noted, the minimum cross-section of a convergent Gaussian beam, defined in technical terms as "waist ", has a surface area greater than zero.

그러므로, 가우시안 빔을 참조하면, 용어 "초점(focus)"은 단일의 점을 지시하는 것이 아니라 상기 최소 단면을 지시하는 것이다.Therefore, with reference to a Gaussian beam, the term "focus" indicates the minimum cross-section rather than indicating a single point.

특히, 가우시안 빔의 초점을 맞춤으로써 얻어지는 광 빔(6)의 최소 단면(15)의 표면적은, 주지의 식에 따라, 각종의 파라미터, 그 중에서도 특히 광학 유닛(11)의 초점 길이 및 콜리메이트된 레이저 빔의 단면에 의존한다:In particular, the surface area of the smallest cross-section 15 of the light beam 6 obtained by focusing the Gaussian beam is determined according to various known parameters, in particular the focal length of the optical unit 11 and the collimated Depends on the cross section of the laser beam:

(1)

Figure 112016086206979-pct00001
(One)
Figure 112016086206979-pct00001

여기서, wF는 빔("웨이스트")의 최소 단면의 직경이고, λ는 파장이며, f는 광학 유닛(11)의 초점 길이이고, M2은 가우시안 분포의 이상적인 경우와 비교해서 에너지의 실제의 분포를 나타내는 빔의 품질 계수(quality coefficient)이며, wL은 광학 유닛(11)에 입사하고 있는 콜리메이트된 빔의 단면의 직경이다.Here, w F is a beam ( "waste"), the diameter of the minimum section, λ is the wavelength of, f is the focal length of the optical unit (11), M 2 is compared to the ideal case of a Gaussian distribution of the energy actually W L is the diameter of the cross section of the collimated beam incident on the optical unit 11,

또한, 최소 직경(wF)을 갖는 단면으로부터 일반적인 거리(z)의 함수로서의 가우시안 빔의 직경(w)이 다음의 식으로 나타내어질 수 있다는 것도 알려져 있다:It is also known that the diameter w of the Gaussian beam as a function of the general distance z from the cross section with the minimum diameter w F can be expressed by the following equation:

(2)

Figure 112016086206979-pct00002
(2)
Figure 112016086206979-pct00002

상기 식 (2)는, 빔의 기하학적 형상이 둥글게 된 모래시계(hourglass)의 목과 유사한 최소 단면의 부근을 제외하고, 가우시안 빔이 어떻게 실질적으로 거리(z)에 비례하도록 최소 직경(wF)을 갖는 단면을 향해 수렴되고 그 단면으로부터 발산되는지를 강조한다.Equation (2) shows the minimum diameter w F so that the Gaussian beam is substantially proportional to the distance z, except for the vicinity of the minimum cross section similar to the neck of the hourglass where the geometry of the beam is rounded. Which is converged toward the cross section and diverges from the cross section.

본 발명에 따르면, 광 빔(6)의 포커싱을 생성하는 광학 유닛(11)은, 발광 유닛(5)과 광 반사 장치(7) 사이에 삽입되어 있다.According to the present invention, the optical unit 11 that generates the focusing of the light beam 6 is inserted between the light emitting unit 5 and the light reflecting device 7.

광학 유닛(11)이 광 빔(6)의 전파의 방향을 따라 광 반사 장치(7)의 상류에 배치되어 있기 때문에, 후자는 항상 조작 영역(10)에서의 광 빔의 입사의 점과 관계없이 광학 유닛(11)의 동일한 점에 입사하고 있다.Since the optical unit 11 is disposed upstream of the light reflecting device 7 along the direction of the propagation of the light beam 6, the latter is always the same regardless of the point of incidence of the light beam in the operating region 10 Is incident on the same point of the optical unit (11).

그러므로, 임의의 경우에 F-세타 렌즈보다 더 많이 경제적인, 예를 들어 구형(球形), 양쪽이 볼록(biconvex)하거나 또는 한쪽이 볼록(plano-convex)한 타입의 공통의 렌즈 또는 직렬로 배치된 렌즈(17)의 세트에 기초를 둔 광학 유닛(11)을 사용하는 것이 가능하다.Therefore, a common lens of the type which is more economical than the F-theta lens in any case, for example spherical, biconvex or plano-convex, or arranged in series It is possible to use the optical unit 11 based on the set of the lenses 17 that have been set.

F-세타 렌즈와 마찬가지로, 상기 광학 유닛(11)은 또한, 머신의 단순 구성 구조의 이점에 대해, 초점을 조절하기 위해 광학 유닛(11)을 움직이기 위한 임의의 장치를 필요로 하지 않는 고정된 타입의 것이다.Like the F-theta lens, the optical unit 11 also has the advantage of a simple construction of the machine that it is not necessary to use any fixed device (not shown) that does not require any device for moving the optical unit 11 to adjust the focus Type.

한편, 광학 유닛(11)의 상기 고정된 구성은, 광 빔(6)이 조작 영역(10)에 초점이 맞추어지는 것을 허용하지 않는다.On the other hand, the fixed configuration of the optical unit 11 does not allow the light beam 6 to be focused on the operating area 10. [

사실은, 광학 유닛(11)은, 광 반사 장치(7) 자체에 의해 결정된 광 빔(6)의 입사의 방향과 관계없이, 광 반사 장치(7)로부터 일정의 거리에 광 빔(6)의 초점을 맞춘다. 그러므로, 초점 표면(12)은, 조작 영역(10)의 중심을 통과하는 섹션 평면에 따라 머신(1)의 단면을 도식적으로 나타내는 도 2에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 광 반사 장치(7)의 레벨에서 중심이 맞추어진, 평면 형상이라기보다는 구형을 가진다.In fact, the optical unit 11 is arranged so that the light beam 6 is incident on the light reflecting device 7 at a constant distance from the light reflecting device 7, regardless of the direction of incidence of the light beam 6 determined by the light reflecting device 7 itself. Focus. 2, which schematically shows a cross-section of the machine 1 along a section plane passing through the center of the operating region 10, It is spherical rather than planar, centered at the level.

이제부터는, 도 2에서 광 반사 장치는 명확하게 하기 위하여 도식적으로 나타내어져 있다는 점이 분명히 보여지고 있다.It is now apparent from FIG. 2 that the light reflecting device is schematically shown for the sake of clarity.

분명하게는, 상기 구형의 초점 표면(12)은, 평면인 조작 영역(10)과 일치할 수 없다. 그러므로, 본 발명의 머신(1)에서는, 고화하는 기재(3)의 부분의 표면적이 한 점으로부터 다른 점까지 변화한다고 하는 결과로서, 스폿의 표면적이 조작 영역(10)에서의 입사의 점에 의존해서 변화한다.Obviously, the spherical focal surface 12 can not coincide with the planar operating region 10. Therefore, in the machine 1 of the present invention, as a result that the surface area of the portion of the substrate 3 to be solidified changes from one point to another point, the surface area of the spot depends on the point of incidence in the operation region 10 .

특히, 광 빔(6)의 방향을 따라 측정되는 초점 표면(12)과 조작 영역(10) 사이의 거리가 증가함에 따라 스폿의 사이즈는 식 (2)에 따라 증가한다.Particularly, as the distance between the focal surface 12 and the operating area 10 measured along the direction of the light beam 6 increases, the size of the spot increases according to equation (2).

일반적으로, 상술한 상황은, 3차원 물체의 충분히 균일하고 정의된 고화가 얻어지는 것을 허용하지 않는다.In general, the above situation does not allow a sufficiently uniform and defined solidification of a three-dimensional object to be obtained.

그렇지만, 본 발명을 제출하는 출원인은, 광 빔(6), 초점 표면(12) 및 조작 영역(10)을 적절히 구성함으로써, 상기 문제점을 적어도 엄격하게 전문적인 섹터 또는 산업적인 섹터가 아닌 받아들일 수 있는 레벨로 제한하는 것이 가능함을 알아냈다.However, applicants filing the present invention have found that by appropriately configuring the light beam 6, the focal surface 12 and the operating area 10, the problem can be accepted at least not strictly as a professional sector or an industrial sector. It is possible to limit it to a certain level.

그러므로, 본 발명은 또한, 스폿의 최대 직경과 최소 단면(15)의 직경(wF) 사이의 비율이 1.15를 넘지 않도록, 발광 유닛(5)과 광학 유닛(11)의 적절한 선택을 통한 광 빔(6), 초점 표면(12) 및 조작 영역(10)의 정의를 포함하고 있다.Therefore, the present invention can also be applied to the case where the ratio of the maximum diameter of the spot to the diameter (w F ) of the minimum cross section 15 does not exceed 1.15, (6), a focal surface (12) and an operating area (10).

이와 같이, 조작 영역(10)에 있어서 스폿의 직경에서의 최대 변화는 15%로 한정되어 있다.Thus, the maximum change in the diameter of the spot in the operating region 10 is limited to 15%.

본 발명을 제출하는 출원인은, 스포트 사이즈에서의 상기 변화가 실제로 조작 영역(10)에서의 기재(3)의 고화의 임의의 차이를 보잘것없게 만들고, 따라서 성능이 엄격하게 전문적이거나 산업적이지 않은 섹터에서의 사용과 호환성이 있는 머신(1)을 얻는 것이 가능하다는 것을 알아냈다.The applicant of the present invention has found that this change in spot size actually makes any difference in the solidification of the substrate 3 in the operating area 10 insignificant, It is possible to obtain a machine 1 that is compatible with the use of the machine.

상기에 따르면, 본 발명은 비용과 성능 양쪽의 면에서 엄격하게 전문적이거나 산업적이지 않은 섹터에서의 사용에 특별히 적합한 스테레오리소그래피 머신(1)을 제공하는 목적을 달성함을 알 수 있다.According to the above, it can be seen that the present invention achieves the object of providing a stereolithography machine 1 that is particularly suitable for use in sectors that are not strictly professional or industrial in terms of both cost and performance.

바람직하게는, 직경 사이의 상기 비율은, 머신(1)의 성능에 관하여 더 한층의 이점을 위해, 1.10과 1.15 사이에 포함된다. 본 발명을 제출하는 출원인은, 상기 구간(interval) 내에서의 비율의 변화가 비용이 F-세타 광학 유닛보다 상당히 적은 광학 유닛(11)을 통해 얻어질 수 있다는 것을 알아냈다.Preferably, said ratio between diameters is included between 1.10 and 1.15 for further advantage with respect to the performance of the machine (1). Applicants filing the present invention have found that a change in the ratio within the interval can be obtained through the optical unit 11 where the cost is significantly less than the F-theta optical unit.

광 반사 장치(7)의 상류에서의 광학 유닛(11)의 배치는, 또한 주지의 타입의 머신과 비교해서 조작 영역(10)의 사이즈의 선택에 있어서 보다 많은 유연성을 얻고자 하는 목적을 달성하는 것을 가능하게 한다.The arrangement of the optical unit 11 in the upstream of the light reflecting device 7 is also advantageous in that it achieves the object of obtaining more flexibility in the selection of the size of the operating area 10 as compared with a well- Lt; / RTI >

실제로, 본 발명의 머신(1)에 있어서, 주어진 각도 운동 진폭(angular movement amplitude, α)을 갖는 광 반사 장치(7)를 위한 조작 영역(10)의 사이즈는, 용이하게 수정될 수 있는 입사 영역(8)으로부터의 광 반사 장치(7)의 거리, 및 적합한 초점 길이를 갖는 렌즈의 이용 가능성(availability)에 실질적으로 의존한다.Indeed, in the machine 1 of the present invention, the size of the operating area 10 for the light reflecting device 7 with a given angular movement amplitude, alpha, The distance of the light reflector 7 from the lens 8, and the availability of the lens with a suitable focal length.

반면에, F-세타 렌즈를 사용하고 있는 주지의 타입의 머신에 있어서는, 이미 위에서 설명한 바와 같이, 조작 영역(10)의 사이즈가 한정된 수의 버전(version)으로 시장에서 활용 가능한 렌즈에 의해 결정된다.On the other hand, in a well-known type of machine using an F-theta lens, as described above, the size of the operation area 10 is determined by a lens available in the market with a limited number of versions .

발광 유닛(5)과 광학 유닛(11)은 바람직하게는, 항상 스폿의 직경이 위에서 지시된 값 내에서 유지된다는 조건 하에, 빔의 최소 직경(wF)을 최소로 하는 것을 가능하게 하는 광학 유닛(11)의 초점 길이(f)뿐만 아니라 콜리메이트된 빔의 직경(wL)과 품질(M2)을 결정함으로써 선택된다.The light emitting unit 5 and the optical unit 11 are preferably arranged such that the minimum diameter w F of the beam can be minimized under the condition that the diameter of the spot is always kept within the above- (W L ) and quality (M 2 ) of the collimated beam as well as the focal length f of the collimated beam 11.

최소 직경(wF)을 최소로 하는 것은, 다른 조건이 동일하게 유지되는 동안, 스폿의 최대 직경, 그러므로 머신(1)으로 얻을 수 있는 정의를 또한 최소로 하는 것을 의미한다.Minimizing the minimum diameter (w F ) also means minimizing the maximum diameter of the spot, and thus the definition that can be obtained with the machine (1), while the other conditions remain the same.

광학 유닛(11)에 어떤 수차(aberration)도 존재하지 않는다고 가정하면, wF의 상기 최소화는 식 (1) 및 (2)을 이용하여 수행될 수 있고, 식 (2)에서 z는 초점 표면(12)과 조작 영역(10) 사이의 최대 거리(zmax)의 값과 같지 않으면 안되고, 비율 w(zmax)/wF는 상술한 최대 비율과 같지 않으면 안된다.Assuming that no aberration is present in the optical unit 11, the minimization of w F can be performed using equations (1) and (2), where z in equation (2) 12) and the operating area (10) a maximum distance (z max) value and, designed be the same ratio w (z max) / F w of between must not be the same as the above-described maximum rate.

실제로, 광학 유닛(11)은 결코 수차가 없다. 이 문맥(context)에 관련되어 있는 수차는, 특히 이하에서 단순히 "수차"로서 짤막하게 정의되는 구면 수차(spherical aberration)이다.Actually, the optical unit 11 has no aberration. The aberrations associated with this context are spherical aberrations that are briefly defined as merely "aberrations" below.

주지하고 있는 바와 같이, 수차는 주어진 빔의 광선의 포커싱 영역을 확장하는 효과를 갖는다.As is known, aberrations have the effect of extending the focusing area of a given beam of rays.

수차를 전제로 한 가우시안 빔의 경우에, 그 기하학적 형상은 상기 식 (1) 및 (2)와 비교해서 간단하게 하기 위해 여기에 예시되지 않지만 문헌으로 알려져 있는 더 복잡한 식에 의해 기술될 수 있다.In the case of a Gaussian beam based on aberration, its geometric shape can be described by a more complex equation, which is not exemplified here but is known from the literature for simplicity in comparison with the above equations (1) and (2).

여기에서는, 가우시안 빔을 위해서, 보다 높은 수차, 동일하게 유지되는 다른 조건이 상술한 직경의 변화에 관한 조건을 충족시키는 빔의 부분의 더 긴 길이(L)뿐만 아니라 더 큰 최소 직경(wF)을 포함한다는 점에 주의하는 것으로 충분하다.Here, for a Gaussian beam, the higher aberrations, the other conditions that remain the same, as well as the longer length L of the portion of the beam meeting the conditions for the above-mentioned change in diameter, as well as the larger minimum diameter w F , As shown in FIG.

그러므로, 한편으로 수차가 가능한 한 많이 제한되는 것을 최소 직경(wF)의 증가가 제안한다면, 다른 한편으로 더 높은 수차가 광학 유닛(11)의 하류의 직경(wL)을 줄이고 그 결과로서 최소 직경(wF)을 줄이는 것을 가능하게 한다.Therefore, on the other hand, if the increase of the minimum diameter w F suggests that aberrations are limited as much as possible, on the other hand, a higher aberration reduces the diameter w L downstream of the optical unit 11, Making it possible to reduce the diameter w F.

2가지 효과 중 어느 쪽은, 머신(1)에 대해 선택된 특정 구성에 의존하여 일어날 것이고, 따라서 미리 알 수 없다.Either of the two effects will occur depending on the particular configuration selected for the machine 1, and thus can not be known in advance.

그러므로, 바람직하게는, 주어진 초점 길이(f)를 위해서, 서로 다른 수차 값을 갖는 수개의 렌즈가 일반적으로 시장에서 활용 가능하다는 점을 고려하여, 수차는 최소 직경(wF)의 최소화를 위한 계산에 있어서 또 다른 알려지지 않은 인자(factor)로서 이용된다.Therefore, preferably, for a given focal length f, taking into account that several lenses with different aberration values are generally available in the market, the aberrations are calculated for the minimization of the minimum diameter w F Is used as another unknown factor in the < / RTI >

유리하게는, 계산의 알려지지 않은 인자로서의 수차의 이용은, 많은 경우에 미리 정해진 수차, 예를 들어 주어진 초점 길이에 대한 시장에서 활용할 수 있는 최소 수차를 갖는 광학 유닛(11)을 고려하여 얻어질 수 있는 직경보다 짧은 최소 직경(wF)을 얻는 것을 가능하게 한다.Advantageously, the use of aberrations as unknown parameters of the calculation can be obtained in consideration of the optical unit 11 having a predetermined aberration in many cases, for example a minimum aberration available in the market for a given focal length To obtain a minimum diameter (w F ) that is shorter than the existing diameter.

상술한 이점은, 그 수차가 증가함에 따라 일반적으로 광학 유닛(11)의 비용이 감소한다고 하는 사실에 더해지지 않으면 안된다. 그러므로, 상기 계산이 주어진 로컬 길이(local length)에 대한 시장에서 활용할 수 있는 최소값보다 더 높은 수차를 제공하는 경우, 대응하는 광학 유닛(11)은, 머신(1)의 전체 비용에 유리하도록, 최소 수차를 갖는 광학 유닛보다 적은 비용으로 될 것이다.The above-described advantage must be added to the fact that the cost of the optical unit 11 generally decreases as the aberration increases. Therefore, if the calculation provides a higher aberration than the minimum available in the market for a given local length, then the corresponding optical unit 11 will have a minimum It will be less in cost than the optical unit having aberration.

초점 표면(12)에 관하여는, 이것은 바람직하게는, 기재(3) 내부에 배치되는 제1 부분(13)과 기재(3) 외부에 배치되는 제2 부분(14)을 얻기 위해서, 입사 영역(8)을 횡단하도록 정의된다.With respect to the focal surface 12, this is preferably done in order to obtain a first portion 13 disposed inside the substrate 3 and a second portion 14 disposed outside the substrate 3, 8).

그러므로, 광 빔(6)이 초점 표면(12)의 제1 부분(13)을 향해 나아갈 때, 도 4에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 최소 단면(15)에 도달하기 전에 조작 영역(10)에 입사한다. 따라서, 최소 단면(15)의 상류의 광 빔(6)의 일부가 착취된다(exploited).Therefore, when the light beam 6 advances toward the first portion 13 of the focal surface 12, it enters the operating region 10 before it reaches the minimum cross-section 15, do. Thus, a portion of the light beam 6 upstream of the minimum cross-section 15 is exploited.

반대로, 광 빔(6)이 초점 표면(12)의 제2 부분(14)을 향해 나아갈 때는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 최소 단면(15)을 통과한 후에 조작 영역(10)에 도달한다. 따라서, 최소 단면(15)의 하류의 광 빔(6)의 일부가 이용된다.Conversely, when the light beam 6 advances toward the second portion 14 of the focal surface 12, it reaches the operating region 10 after passing through the minimum cross-section 15, as shown in Fig. Therefore, a part of the light beam 6 downstream of the minimum cross section 15 is used.

유리하게는, 다른 조건은 동일하게 유지되고, 상기 구성은 초점 표면(12)과 조작 영역(10)의 작업 표면 사이의 최대 거리(zmax)를 줄이는 것을 가능하게 하여, 최소 직경(wF)이 감소되도록 한다.Advantageously, the other conditions are kept the same, the configuration makes it possible to reduce the maximum distance (z max) between the working surface of the focal plane 12 and the operating area (10), the minimum diameter (w F) .

바람직하게는, 초점 표면(12)은, 광 빔(6)이 제1 부분(13)을 향해 나아갈 때 얻어지는 스폿의 최대 표면적을 광 빔(6)이 제2 부분(14)을 향해 나아갈 때 얻어지는 스폿의 최대 표면적과 동일하게 되도록 배치된다.Preferably, the focal surface 12 is obtained when the light beam 6 advances toward the second portion 14, the maximum surface area of the spot obtained when the light beam 6 advances towards the first portion 13. [ So as to be equal to the maximum surface area of the spot.

유리하게는, 직전에 상술한 구성은, 미리 정의된 사이즈의 조작 영역(10)에 대한 최소 직경(wF)을 최소로 하는 것을 가능하게 한다.Advantageously, the arrangement described immediately above makes it possible to minimize the minimum diameter w F for a predefined sized operating area 10.

직전에 상술한 필요 조건을 충족시키는 것은, 광 빔(6)의 전파의 방향을 따라 측정된 제1 부분(13)과 조작 영역(10) 사이의 최대 거리의 제2 부분(14)과 조작 영역(10) 사이의 최대 거리와의 합(sum)이 위에서 예시된 최대 직경에 관한 조건을 충족시키는 광 빔(6)의 부분의 길이(L)와 같아지도록 조작 영역(10)에 관하여 초점 표면(12)을 배치하는 것을 의미한다.Meeting the immediately preceding requirement is achieved by providing a second portion 14 of the maximum distance between the first portion 13 and the operating region 10 measured along the direction of the propagation of the light beam 6, (10) with respect to the operating region (10) such that the sum of the maximum distance between the light source (10) and the light source (6) is equal to the length L of the portion of the light beam (6) 12).

실제는, 수차로 인해, 광 빔(6)의 상기 부분은, 수차가 없다면 일어날 수도 있는 최소 단면(15)에 관하여 대칭적으로 배치되지 않지만, 최소 단면(15)에 관하여 상류로 이동된다.In practice, due to the aberration, this part of the light beam 6 is moved upstream with respect to the minimum cross-section 15, although it is not symmetrically arranged with respect to the minimum cross-section 15 which may occur if there is no aberration.

바람직하게는, 광 반사 장치(7)는, 초점 표면(12)과 조작 영역(10) 사이의 교차점(intersection)이 입사 영역(8) 및 조작 영역(10)과 함께 도 5에 도식적으로 나타내어져 있는 원주(16)를 이루도록 구성된다.Preferably, the light reflection device 7 is such that an intersection between the focal surface 12 and the operating area 10 is schematically represented in figure 5 together with the incident area 8 and the operating area 10 To form a circumferential groove (16).

상기 원주(16)는, 2개의 축(X1, X2)의 각 축 주위의 광 반사 장치(7)의 전체적인 조작 각도(α)의 이등분하는 선(bisecting line; 9)에 직각으로 되도록, 외부 표면(4)을 배치함으로써 얻어진다.The circumference 16 is formed so as to be perpendicular to the bisecting line 9 of the overall operating angle alpha of the light reflecting device 7 around each axis of the two axes X1 and X2, (4).

상기 조건은, 상기 이등분하는 선(9) 주위에서의 축방향 대칭 방법(axial symmetric way)으로 변화할 수 있는, 즉 이등분하는 선(9)과 동일한 각도를 형성하는 입사의 모든 방향에 대해 동일한 기하학적 형상을 갖는 스폿을 얻는 것을 가능하게 한다.The condition is that it is possible to vary in an axial symmetric way about the bisecting line 9, that is to say for all directions of incidence forming the same angle as the bisecting line 9, It is possible to obtain a spot having a shape.

따라서, 유리하게, 후자의 주어진 표면적에 대한 조작 영역(10)에서의 스폿의 최대 사이즈를 최소로 하는 것이 가능하다.Therefore, it is advantageously possible to minimize the maximum size of the spot in the operating area 10 for the latter given surface area.

더 유리하게는, 상기 축 대칭(axial symmetry)은, 물체 자체의 실제의 구축 중에 광 빔(6)의 경로를 계획하는데 이용되는 3차원 물체의 수치 표현(numeric representation)을 간단하게 하는 것을 가능하게 한다.More advantageously, the axial symmetry makes it possible to simplify the numerical representation of the three-dimensional object used to plan the path of the light beam 6 during the actual construction of the object itself do.

바람직하게는, 조작 영역(10)이 상기 원주(16)와 동심의 원 형상을 갖도록, 논리 제어 유닛(19)이 구성된다.Preferably, the logic control unit 19 is configured so that the operating region 10 has a circular shape concentric with the circumference 16.

직전에 상술한 구성은, 조작 영역(10)과 초점 표면(12) 사이의 최대 거리(zmax)를 최소로 하는 것을 가능하게 만들고, 그에 따라서 조작 영역(10)의 동일한 표면적으로 스폿의 최대 사이즈를 줄이는 것을 가능하게 한다.The arrangement just described above makes it possible to minimize the maximum distance z max between the operating area 10 and the focal surface 12 and thus the same maximum surface area of the operating area 10 as the maximum size of the spot . ≪ / RTI >

분명하게는, 직전에 상술한 결과는, 스폿이 조작 영역(10)의 중심 및 주변의 레벨에서 동시에 그 최대 표면적을 갖도록 초점 표면(12)을 배치함으로써 얻어진다.Obviously, the above-described result is obtained by disposing the focus surface 12 so that the spot has its maximum surface area simultaneously at the center and the peripheral level of the operation area 10. [

광 반사 장치(7)가 형상이 정사각형인 입사 영역(8)을 정의하는 공통의 경우에, 원형의 조작 영역(10)을 정의하는 것은 정점(vertices)의 레벨에 배치된 입사 영역(8)의 부분을 제외하는 것, 따라서 상기 최대 거리(zmax)를 상당히 줄이는 것을 의미한다.In the common case where the light reflecting device 7 defines the incident area 8 whose shape is square, defining the circular operating area 10 is a function of the incident area 8 disposed at the level of the vertices Quot; portion ", thus significantly reducing the maximum distance z max .

따라서, 유리하게, 전 정사각형 입사 영역(8)과 일치하는 조작 영역을 이용하여 얻어질 수 있는 사이즈와 비교해서 스폿의 사이즈를 줄이는 것이 가능하다.Therefore, advantageously, it is possible to reduce the size of the spot compared with the size that can be obtained by using the operating area coinciding with the full square incidence area 8.

바람직하게는, 원형의 조작 영역(10)은, 도식적으로 도 5에 나타낸 바와 같이, 입사 영역(8)에 내접되는(inscribed) 식으로 정의되고, 그에 따라서 주어진 입사 영역(8)에 대한 조작 영역(10)의 표면적을 최대로 하고, 가능한 한 많이 광 반사 장치(7)의 해상도(resolution)를 이용한다.Preferably, the circular operating region 10 is defined, as schematically shown in Fig. 5, in an inscribed manner in the incident region 8, and accordingly the operating region 8 for a given incident region 8, The surface area of the reflector 10 is maximized and the resolution of the light reflector 7 is used as much as possible.

일례로서, 주지의 타입의 가장 일반적으로 사용되는 머신은, 40°의 각도 진폭에서 동작하는 광 반사 장치 및 160 mm와 동일한 초점 길이를 갖는 F-세타 렌즈를 갖추고 있다. 이 조합은, 110×110 mm를 측정하는 조작 영역(20)과 직경이 대략 40μm와 동일한 원형 스폿을 제공한다.As an example, the most commonly used machine of the known type is equipped with a light reflector operating at an angular amplitude of 40 ° and an F-theta lens with the same focal length as 160 mm. This combination provides an operating area 20 for measuring 110 x 110 mm and a circular spot having a diameter approximately equal to 40 mu m.

상술한 독창적인 개념을 이용하여, 본 발명을 제출하고 있는 출원인은, 동일한 직경을 갖는 원형의 조작 영역(10) 및 대략 60μm와 동일한 직경을 갖는 스폿을 얻을 수 있다.Using the above-described inventive concept, the present applicant of the present invention can obtain a circular operating region 10 having the same diameter and a spot having a diameter equal to approximately 60 mu m.

도 5는 위에서 기술된 것을 질적으로 나타낸다. 특히, 조작 영역(10)은 입사 영역(8)보다는 작지만 주지의 머신의 조작 영역(20)보다 상당히 크다는 것을 관찰할 수 있다.Figure 5 shows qualitatively what was described above. In particular, it can be seen that the operating area 10 is smaller than the incidence area 8 but considerably larger than the operating area 20 of the known machine.

그러므로, 정의로 근소한 축소(slight reduction)를 받아들이면, 머신의 비용을 증가시킬 필요없이 오히려 주지의 타입의 머신과 비교해서 그것을 줄이는 조작 영역(10)의 표면적을 2배로 하는 것이 가능하다.Therefore, if a slight reduction in definition is taken, it is possible to double the surface area of the operating area 10, which does not need to increase the cost of the machine, but instead reduces it compared to a conventional type of machine.

본 발명의 머신의 절감된 비용은, 주지의 타입의 머신에 대해 의도되는 엄격하게 전문적이거나 산업적인 것들보다 더 넓은 범위의 섹터, 정확하게는 정의가 별로 중요하지 않다고 생각되는 동안에 충족되어야 할 주요한 필요조건이 머신의 비용인 그들 섹터에서 사용되기 적합하게 만든다는 것을 이해할 수 있다.The reduced cost of the machine of the present invention is due to a greater range of sectors than is strictly professional or industrial intended for a well-known type of machine, precisely the major requirements that must be met while the definition is not of much importance Which makes them suitable for use in those sectors which are the cost of this machine.

한편, 주지의 타입의 머신에 있어서, 표면적이 위에서 지시된 180 mm의 직경을 갖는 것과 비교될 수 있는 조작 영역을 얻기 위해서는, 대략 160×160 mm를 측정하는 정사각형 조작 영역에 대응하는 대략 250 mm의 초점 길이를 갖는 F-세타 렌즈를 사용하는 것이 필요하다.On the other hand, in a well-known type of machine, in order to obtain an operating region whose surface area can be compared with that indicated above having a diameter of 180 mm, It is necessary to use an F-theta lens having a focal length.

그렇지만, 상기 F-세타 렌즈는 이전의 경우의 F-세타 렌즈보다 더 많은 비용이 들고, 게다가 어떤 경우에 본 발명의 상기 머신으로 얻을 수 있는 것과 비교될 수 있는 사이즈로 스폿을 얻는 것을 가능하게 한다.However, the F-theta lens makes it possible to obtain the spot in a size that is more expensive than the F-theta lens in the previous case, and in some cases comparable to that obtainable with the machine of the present invention in some cases .

실제는, 조작 영역(10)의 직경은, 170 mm와 190 mm의 사이에 포함되는 것이 바람직하다. 상기 구간은 광범위한 응용에 적합하고, 게다가 대략 250 mm와 동일한 초점 길이를 갖지만 상당히 낮은 비용으로 상기 F-세타 렌즈로 얻을 수 있는 것들과 비교될 수 있는 정의와 조작 영역을 얻는 것을 가능하게 한다.Actually, it is preferable that the diameter of the operating region 10 is included between 170 mm and 190 mm. The section makes it possible to obtain a definition and operating area which is suitable for a wide range of applications and which is comparable to those obtainable with the F-theta lens, even though it has the same focal length as approximately 250 mm, but at a significantly lower cost.

상기의 설명은, 상술한 스테레오리소그래피 머신이 본 발명의 모든 목적을 달성한다는 것을 분명하게 나타낸다.The above description clearly shows that the above-mentioned stereo lithography machine achieves all the objects of the present invention.

특히, 광학 유닛 및 발광 유닛의 특정의 구성은, 주지의 타입의 머신과 비교해서 머신의 비용을 대폭적으로 절감하는 것을 가능하게 만들고, 머신이 전문적이거나 또는 산업적인 섹터에서 뿐만 아니라 더 넓은 범위의 섹터에서 사용하기에 적합하게 만든다.In particular, the specific configuration of the optical unit and the light emitting unit makes it possible to significantly reduce the cost of the machine compared to known types of machines and allows the machine to be used not only in a professional or industrial sector, Making it suitable for use in.

더욱이, 상기 구성은, 조작 영역의 사이즈를 특정의 광학 유닛과 관계없도록 하는 것을 가능하게 만들고, 그에 따라서 머신의 비용을 과도하게 증가시키는 일없이 머신의 디자인에 있어서의 유연성을 증가시키고 조작 영역이 넓어지도록 한다.
Moreover, this arrangement makes it possible to make the size of the operating area unrelated to the specific optical unit, thereby increasing the flexibility in the design of the machine without increasing the cost of the machine excessively, Respectively.

Claims (16)

- 기재(3)의 한계를 정하는 외부 표면(4)을 정의하는 액체 또는 페이스트 상태의 기재(3)를 수용하는 용기(2);
- 광 빔(6)을 발하도록 구성된 발광 유닛(5);
- 상기 광 빔(6)을 일탈시키고, 상기 광 빔(6)이 상기 외부 표면(4)에 속하는 입사 영역(8)의 임의의 점에 입사되도록 제어하도록 구성된 광 반사 장치(7);
- 상기 광 빔(6)이 상기 입사 영역(8)에 속하는 조작 영역(10)의 임의의 점에 선택적으로 입사되도록 상기 광 반사 장치(7)를 제어하도록 구성된 논리 제어 유닛(19);
- 상기 광 빔(6)이 상기 광 반사 장치(7)에 의해 정의되는 다른 방향을 따라 최소 단면(15)을 가지는 점들에 의해 정의된 초점 표면(12)에 상기 광 빔(6)의 초점을 맞추도록 구성된 광학 유닛(11)을 구비하되,
상기 광학 유닛(11)이 상기 발광 유닛(5)과 상기 광 반사 장치(7) 사이에 배치되는 스테레오리소그래피 머신(1)으로서,
상기 광학 유닛(11)은 상기 초점 표면(12)이 구형을 이루도록 구성되어 있고, 상기 발광 유닛(5)과 상기 광학 유닛(11)은 한쪽에서 상기 조작 영역(10)을 가로지르는 상기 광 빔(6)과 상기 조작 영역(10) 사이의 교차점의 최대 직경과, 다른쪽에서 상기 최소 단면(15)의 직경(wF) 사이의 비율이 1.15를 넘지 않도록 구성되어 있고,
상기 광학 유닛(11)이 고정되어 있으며,
상기 발광 유닛(5) 및 상기 광학 유닛(11)은, 상기 조작 영역(10)의 주어진 미리 정해진 구성 및 상기 조작 영역(10)과 상기 광 반사 장치(7) 사이의 주어진 미리 정해진 거리에 따라, 상기 초점 표면(12)의 직경(wF)을 최소로 하도록 구성되어 있고,
상기 광학 유닛(11)의 고정된 구성은, 상기 광 빔(6)이 조작 영역(10)에 초점이 맞추어지는 것을 허용하지 않으며,
상기 광학 유닛(11)은, 상기 광 반사 장치(7)에 의해 결정된 상기 광 빔(6)의 입사의 방향과 관계없이, 상기 광 반사 장치(7)로부터 일정의 거리에 광 빔(6)의 초점을 맞추도록 된 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
- a container (2) for receiving a liquid or paste-like substrate (3) defining an outer surface (4) defining the limits of the substrate (3);
- a light emitting unit (5) configured to emit a light beam (6);
- a light reflecting device (7) configured to deviate the light beam (6) and to control the light beam (6) to be incident on any point of the incident area (8) belonging to the outer surface (4);
- a logic control unit (19) configured to control the light reflecting device (7) so that the light beam (6) is selectively incident on any point of the operating area (10) belonging to the incident area (8);
Characterized in that the light beam (6) is focused on a focus surface (12) defined by points having a minimum cross section (15) along the other direction defined by the light reflector (7) And an optical unit (11) configured to align,
A stereolithography machine (1) in which the optical unit (11) is disposed between the light emitting unit (5) and the light reflecting device (7)
Wherein the optical unit 11 is configured such that the focal surface 12 is spherical and the light emitting unit 5 and the optical unit 11 are arranged such that the light beam passing through the operating region 10 6) and the operating region (10) and the diameter (w F ) of the minimum cross-section (15) on the other side do not exceed 1.15,
The optical unit 11 is fixed,
The light emitting unit 5 and the optical unit 11 are arranged in a predetermined predetermined configuration of the operating area 10 and a predetermined predetermined distance between the operating area 10 and the light reflecting device 7, ( F F ) of the focal surface (12) is minimized,
The fixed configuration of the optical unit 11 does not allow the light beam 6 to be focused on the operating area 10,
The optical unit 11 is provided at a predetermined distance from the light reflecting device 7 regardless of the direction of incidence of the light beam 6 determined by the light reflecting device 7, Wherein the focus is focused.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 발광 유닛(5) 및 상기 광학 유닛(11)은, 상기 비율이 1.10과 1.15 사이에 포함되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
The stereolithography machine according to claim 1, wherein the light emitting unit (5) and the optical unit (11) are configured so that the ratio is included between 1.10 and 1.15.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 초점 표면(12)은, 상기 초점 표면(12)의 제1 부분(13)이 상기 기재(3) 내에 배치되고 상기 초점 표면(12)의 제2 부분(14)이 상기 기재(3)의 외부에 배치되도록 하는 식으로 상기 조작 영역(10)을 교차하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
2. A method as claimed in claim 1 wherein said focal surface is such that a first portion of said focal surface is disposed within said substrate and a second portion of said focal surface Is disposed so as to cross the operating region (10) so as to be disposed outside the base (3).
제5항에 있어서, 상기 발광 유닛(5) 및 상기 광학 유닛(11)은, 상기 광 빔(6)이 상기 제1 부분(13)을 향해 나아갈 때 상기 광 빔(6)과 상기 조작 영역(10) 사이의 최대 교차 영역이, 상기 광 빔(6)이 상기 제2 부분(14)을 향해 나아갈 때 상기 광 빔(6)과 상기 조작 영역(10) 사이의 최대 교차 영역과 동일하게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
6. The apparatus according to claim 5, wherein the light emitting unit (5) and the optical unit (11) are arranged such that when the light beam (6) advances toward the first part (13) 10 is equal to the maximum intersection area between the light beam 6 and the operating area 10 as the light beam 6 advances toward the second part 14, Wherein the first and second light sources are configured to emit light.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 광 반사 장치(7)는, 상기 초점 표면(12)과 상기 조작 영역(10) 사이의 교차점이 원주(16)를 이루도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
7. A device according to claim 5 or 6, characterized in that the light reflection device (7) is configured such that the intersection point between the focus surface (12) and the operating area (10) Lithography machine.
제7항에 있어서, 상기 논리 제어 유닛(19)은, 상기 조작 영역(10)이 원형이고 상기 원주(16)와 중심이 같도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
8. A stereolithography machine according to claim 7, characterized in that the logic control unit (19) is configured such that the operating area (10) is circular and centered with the circumference (16).
제8항에 있어서, 상기 원형의 조작 영역(10)이 상기 입사 영역(8)에 내접되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
9. A stereolithography machine according to claim 8, characterized in that the circular operating region (10) is inscribed in the incidence region (8).
제9항에 있어서, 상기 원형의 조작 영역(10)의 직경이 170 mm와 190 mm 사이에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
The stereolithography machine according to claim 9, characterized in that the diameter of the circular operating area (10) is comprised between 170 mm and 190 mm.
제1항에 있어서, 상기 광학 유닛(11)은 하나의 렌즈 또는 직렬로 배치된 렌즈(17)의 세트인 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
2. A stereolithography machine according to claim 1, characterized in that the optical unit (11) is a set of lenses or lenses (17) arranged in series.
제1항에 있어서, 상기 발광 유닛(5)은 콜리메이트된 광 빔(6)을 발하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
2. A stereolithography machine according to claim 1, characterized in that the light emitting unit (5) is arranged to emit a collimated light beam (6).
제12항에 있어서, 상기 발광 유닛(5)은 레이저 에미터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
13. A stereolithography machine according to claim 12, characterized in that the light emitting unit (5) comprises a laser emitter.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 발광 유닛(5)은, 상기 콜리메이트된 광 빔(6)의 단면이 2개의 서로 직교하는 대칭 축에 따라 대칭으로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신.
The light emitting device according to claim 12 or 13, wherein the light emitting unit (5) is configured such that the cross section of the collimated light beam (6) is symmetrical along two mutually orthogonal axes of symmetry. Lithography machine.
제1항에 따른 스테레오리소그래피 머신(1)을 설계하기 위한 방법으로서,
- 상기 조작 영역(10)에 대한 구성을 정의하는 조작;
- 상기 광 반사 장치(7)와 상기 조작 영역(10) 사이의 거리를 정의하는 조작;
- 상기 발광 유닛(5)과 상기 광학 유닛(11)은 한쪽에서 조작 영역(10)을 가로지르는 상기 광 빔(6)과 상기 조작 영역(10) 사이의 교차점의 최대 직경과, 다른쪽에서 상기 최소 단면(15)의 직경(wF) 사이의 비율의 값이 1.15를 넘지 않는 조건 하에, 상기 최소 단면(15)의 상기 직경(wF)의 값을 최소로 하도록, 상기 발광 유닛(5)과 상기 광학 유닛(11)에 대한 일부의 설계 파라미터의 값을 계산하는 조작; 및
- 상기 설계 파라미터의 값에 따라 상기 발광 유닛(5) 및 상기 광학 유닛(11)을 선택하는 조작을 구비하되,
상기 설계 파라미터가 적어도 상기 광학 유닛(11)에 입사하는 상기 광 빔(6)의 직경(wL) 및 품질 계수(M2), 및 상기 광학 유닛(11)의 초점 길이(f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A method for designing a stereolithography machine (1) according to claim 1,
- an operation for defining a configuration for the operation area (10);
- an operation for defining a distance between the light reflection device (7) and the operation area (10);
The maximum diameter of the intersection point between the light beam 6 and the operating region 10 across the operating region 10 on one side and the maximum diameter of the intersection between the light beam 6 and the operating region 10, the condition, the value of the ratio between the diameter (w F) of the section (15) of not more than 1.15, so that the value of the diameter (w F) of the minimum section (15) to a minimum, the light emitting unit 5 and An operation of calculating a value of a part of the design parameters for the optical unit (11); And
- an operation of selecting the light emitting unit (5) and the optical unit (11) according to the value of the design parameter,
Wherein the design parameters include at least a diameter w L and a quality factor M 2 of the light beam 6 incident on the optical unit 11 and a focal length f of the optical unit 11 ≪ / RTI >
제15항에 있어서, 상기 설계 파라미터가 상기 광학 유닛(11)의 수차를 나타내는 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.16. The method according to claim 15, wherein the design parameter includes a parameter representing aberration of the optical unit (11).
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